QUÍMICA
A Química está presente em toda atividade humana, mesmo quando não damos a devida atenção
a isso… Esta história narra um episódio no qual
está envolvido um casal de policiais técnicos, nossos heróis, famosos pela sagacidade, o casal Mitta:
Dina Mitta, mais conhecida como “Estrondosa” e
Omar Mitta, vulgo “Rango”. A narrativa que se
segue é ficção. Qualquer semelhança com a realidade é pura coincidência.
Os textos em itálico NÃO são essenciais para a resolução das questões.
1
Seis horas da manhã. A noite fora chuvosa. Tremenda
tempestade abatera-se sobre a cidade. O telefone toca
e Estrondosa atende, sonolenta. É um chamado para
averiguarem um incêndio ocorrido numa indústria farmacêutica. Rango abre os olhos preguiçosamente, resmunga e pega um descongestionante nasal, porque
acordou resfriado.
– Esse não! – grita Estrondosa. – Já cansei de dizer
que esse descongestionante contém fenilpropanolamina, substância proibida por aumentar o risco de derrame! Use o soro fisiológico!
a) Escreva a representação química e o nome de uma
função orgânica existente na fenilpropanolamina.
b) Escreva o nome químico e a fórmula da substância
iônica dissolvida no soro fisiológico.
Resolução
a) Um dos isômeros possíveis com o nome fenilpropanolamina é:
—
—
—
H2C — CH — CH2
OH
NH2
Apresenta as funções álcool (– OH em C saturado) e
amina primária
R — OH
álcool
R — NH2
amina
R é um radical.
b) O soro fisiológico é uma solução aquosa de cloreto
de sódio 0,9%
NaCl → cloreto de sódio.
2
OBJETIVO
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Após tomar rapidamente o café da manhã, os dois
escovam os dentes. O creme dental que usam contém
Na2CO3. Esta escolha deve-se ao fato deles terem
visto, numa revista especializada, um artigo que tratava de cáries dentárias. Ali constava um gráfico, abaixo
reproduzido, mostrando o pH bucal, logo após uma
refeição, para dois grupos de pessoas que não escovaram os dentes. Os Mitta identificaram-se com um
dos grupos.
a) Considerando o creme dental escolhido, com qual
dos grupos o casal se identificou? Justifique.
b) Que outra substância poderia ser usada no creme
dental, em lugar de carbonato de sódio? Escreva a
fórmula e o nome.
Resolução
a) Pelo gráfico, observa-se que pessoas do grupo A,
que não escovam os dentes, têm um intervalo de
tempo compreendido entre 5 e 35 minutos em que
ocorrerá maior ataque ao esmalte dos dentes. Esse
ataque ocorre em meio de pH ácido inferior a 5,5.
Essas pessoas devem escovar os dentes com creme dental contendo substância que neutralize a acidez.
Pessoas do grupo B, após a refeição, são menos
susceptíveis à cárie dentária (apenas no intervalo de
7 a 12 minutos, aproximadamente). Verifica-se que o
pH bucal desse grupo após as refeições é maior que
os do grupo A em todos os instantes.
Se o casal “Mitta” usa creme dental contendo
Na2CO3 , que é um sal derivado de ácido fraco e base
forte, cuja finalidade é aumentar o pH bucal no processo de escovação dos dentes (esse sal apresenta
caráter básico), conclui-se que o casal “Mitta” se
identifica com pessoas do grupo A.
b) Deve-se usar no creme dental uma substância de
caráter básico, por exemplo, bicarbonato de sódio
(hidrogenocarbonato de sódio), cuja fórmula é
NaHCO3.
3
Ainda sonolentos, saem em direção ao local da ocorrência e resolvem parar num posto de combustível.
– Complete! – diz Rango ao frentista. Assim que o
rapaz começa a colocar álcool no tanque, Estrondosa
grita: – Pare! Pare! Este carro é a gasolina! – Ainda
bem que você percebeu o engano – disse Rango. –
OBJETIVO
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Amigo! Complete o tanque com gasolina. O nosso
herói procedeu assim porque calculou que, com o volume de álcool anidro colocado no tanque, adicionando a
gasolina contendo 20% (volume/volume) de etanol,
obteria um combustível com 24% de etanol (volume/volume), igual àquele vendido nos postos até
pouco tempo atrás.
a) Sabendo-se que o volume total do tanque é 50 litros,
qual é a quantidade total de álcool, em litros, no tanque agora cheio?
b) Que volume de etanol anidro o frentista colocou por
engano no tanque do carro?
Resolução
a) Quantidade total de álcool na gasolina com 24% de
etanol.
50L → 100%
x
→ 24%
}
x = 12L
b) Volume de álcool colocado por engano, considerando o tanque inicialmente vazio:
aL + bL
100%
20%
álcool
álcool
=
50L
24%
álcool
Cálculos
100a + 20b = 24 . 50
100(50 – b) + 20b = 1200
b = 47,5L , portanto a = 2,5L
Volume de etanol anidro colocado por engano: 2,5L.
Outra Resolução
Quantidade de gasolina no tanque cheio é igual a:
50L – 12L = 38L que corresponde a 80% da mistura
gasolina – álcool (20%). Portanto temos:
38L ––––––––––– 80%
x ––––––––––– 100% x = 47,5L
Volume de álcool anidro: 50L – 47,5L = 2,5L
Finalmente, nossos heróis chegam ao local. O guarda
noturno da empresa, meio estonteado, estava algemado num canto da sala, detido para averiguações.
Estrondosa e Rango cumprimentam a todos e ouvem
cuidadosamente os relatos. Uma explosão, seguida de
incêndio e de outras explosões, destruiu o almoxarifado onde estava um lote de certo fármaco caríssimo,
recém-chegado da matriz. As evidências indicavam
que o produto fora trocado e haviam tentado eliminar
as provas. O vigia, mesmo alegando inocência, fora detido como possível cúmplice de uma suposta quadrilha.
OBJETIVO
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4
A sala não era grande e nela havia muitos fumantes. O
inspetor, com seu charuto, era o campeão da fumaça.
– Quanta nicotina! – pensou Rango. Ele sabia muito
bem dos malefícios do cigarro; sabia que as moléculas
de nicotina, dependendo do meio em que se encontram, podem se apresentar segundo as formas I, II e
III, abaixo representadas, e que sua absorção no organismo é favorecida pela reação delas com uma base,
por exemplo, amônia.
a) A constante de dissociação para o próton ligado ao nitrogênio do anel piridínico (anel maior) é K1 = 1 x 10–3.
Para o próton ligado ao nitrogênio do anel pirrolidínico,
essa constante é K2 = 1 x 10–8. Qual dos dois nitrogênios é mais básico? Justifique.
b) Qual das formas, I, II ou III, está presente em maior
quantidade em meio amoniacal (bastante amônia)?
Justifique.
Resolução
a) Temos as seguintes equações de dissociação:
→
←
+
N
—
N
H
anel piridínico
(ácido mais forte)
—
H
→
←
base mais fraca
K2 = 1 . 10 –8
H+
N
CH3
anel pirrolidínico
(ácido mais fraco)
—
+
N—
K1 = 1 . 10 –3
H+ +
CH3
base mais forte
Pelo exposto, o nitrogênio do anel pirrolidínico é
mais básico, pois faz parte da base conjugada mais
forte
b) A forma III está em maior quantidade, pois, devido
ao excesso de amônia no meio, as formas I e II dissociam liberando prótons para a amônia, produzindo
a forma III.
+
+
— N — H + ••NH3 →
N + NH4
← —
—
—
—
—
5
OBJETIVO
U N I C A M P ( 2 ª F a s e ) J a n e i r o /2 0 0 2
Como o vigia estava sob forte suspeita, nossos heróis
resolveram fazer um teste para verificar se ele se
encontrava alcoolizado. Para isso usaram um bafômetro e encontraram resultado negativo. Os bafômetros são instrumentos que indicam a quantidade de
etanol presente no sangue de um indivíduo, pela análise do ar expelido pelos pulmões. Acima de 35 microgramas (7,6 x 10– 7 mol) de etanol por 100 mL de ar
dos pulmões, o indivíduo é considerado embriagado.
Os modelos mais recentes de bafômetro fazem uso da
reação de oxidação do etanol sobre um eletrodo de platina. A semi-reação de oxidação corresponde à reação
do etanol com água, dando ácido acético e liberando
prótons. A outra semi-reação é a redução do oxigênio,
produzindo água.
a) Escreva as equações químicas que representam
essas duas semi-reações.
b) Admitindo 35 microgramas de etanol, qual a corrente i (em ampères) medida no instrumento, se
considerarmos que o tempo de medida (de reação)
foi de 29 segundos?
Carga do elétron = 1,6 x 10–19 coulombs;
Constante de Avogadro = 6 x 1023 mol–1;
Q = i x t (tempo em segundos e Q = carga em coulombs).
Resolução
a) Oxidação do etanol
C2H6O + H2O → C2H4O2 + 4e– + 4H+
–4
0
Redução do oxigênio
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O
0
–2
Reação Global
C2H6O + O2 → C2H4O2 + H2O
b) C2H6O + H2O → C2H4O2 + 4e– + 4H+
1 mol de etanol ––––––––––––– 4 mol de e–
1 mol ––––––––––––––––––––––– 4 . 6 .10 23 . 1,6 . 10–19C
7,6 . 10– 7 mol –––––––––––––– x
x = 0,292C
Q=i.t
0,292C = i . 29s
i = 1,0 . 10–2A
6
Enquanto estudavam a ficha cadastral do vigia, Estrondosa e Rango resolveram tomar um refrigerante.
Numa tina com água e gelo havia garrafinhas plásticas
de um mesmo refrigerante “diet” e comum. O refrigerante comum contém sacarose. O “diet” é adoçado
com substâncias que podem ser até 500 vezes mais
doces do que a sacarose. Sem se preocupar com os
OBJETIVO
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rótulos, que haviam se soltado, Rango pegou duas garrafas que estavam bem à tona, desprezando as que
estavam mais afundadas na água. Considere que um
refrigerante é constituído, essencialmente, de água e
de um adoçante, que pode ser sacarose ou outra substância, já que, para um mesmo refrigerante, todos os
outros constituintes são mantidos constantes. A figura
mostra os dados relativos à massa de refrigerante em
função do seu volume. Sabe-se, também, que em
100 mL de refrigerante comum há 13 g de sacarose.
a) Qual das curvas, A ou B, corresponde ao tipo de
refrigerante escolhido por Rango? Justifique.
b) Calcule a porcentagem em massa de sacarose no
refrigerante comum. Explicite como obteve o resultado.
Resolução
a) Pelo gráfico fornecido, podemos determinar a densidade dos dois refrigerantes; basta pegar um ponto
qualquer da curva.
Curva A
m
40 g
d = –– ≅ –––––– ≅ 1,0 g/mL
V
40 mL
Curva B
m
42 g
d = –– ≅ –––––– ≅ 1,05 g/mL
V
40 mL
Como o refrigerante estava bem à tona da água, provavelmente é o que apresenta menor densidade.
⇒ Curva A representa o refrigerante “diet”.
b) Cálculo da massa de refrigerante comum existente
em 100 mL.
m
d = ––
V
m
1,05g/mL = –––––––
100 mL
m = 105 g
Cálculo da porcentagem em massa de sacarose no
refrigerante.
105 g de refrigerante ––––––– 100%
13 g de sacarose
––––––– x
x = 12,4%
OBJETIVO
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Na sala de vigilância onde permanecia o guarda, não
muito longe do depósito, podia-se observar um copo
com café pela metade, outro copo contendo restos de
café com leite e uma garrafa térmica sobre a mesa.
Num dos cantos da sala havia um pires com um pouco
de leite. Havia ainda uma cadeira caída, uma leiteira
com leite sobre o fogão e, em cima de um armário,
uma velha lanterna de carbureto.
7
Que saudades sentiu Rango ao ver a lanterna!
Lembrou-se dos tempos de criança quando ia explorar
cavernas na sua região natal com seu pai, um espeleologista amador. A lanterna de carbureto funciona
pela queima de um gás, que é o mais simples da série
dos alcinos (ou alquinos). Esse gás é gerado pela reação entre a água, oriunda de um reservatório superior,
que é lentamente gotejada sobre carbeto de cálcio
(carbureto), CaC2, na parte inferior. O gás gerado sai
por um bico colocado no foco de um refletor, onde é
queimado, gerando luz.
a) Escreva o nome e a fórmula estrutural do gás formado pela reação entre carbeto de cálcio e água.
b) Supondo o uso de 32 g de carbeto de cálcio, quantos gramas de gás serão formados?
Resolução
a) O gás formado é o etino (acetileno), de estrutura:
H—C≡C—H
b) CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2
↓
↓
1 mol
1mol
123
123
64g –––––––––– 26g
32g –––––––––– x
x = 13g
8
Os nossos heróis estranharam a presença dos dois
copos sobre a mesa, indicando que teria passado mais
alguém por ali. Além disso, havia leite e, pela ficha
cadastral, eles sabiam que o guarda não podia tomá-lo,
pois sofria de deficiência de lactase, uma enzima presente no intestino delgado. Portanto, se o guarda
tomasse leite, teria diarréia. Na presença de lactase, a
lactose, um dissacarídeo, reage com água dando glicose e galactose, monossacarídeos.
a) Complete a equação a seguir, que representa a
transformação do dissacarídeo em glicose e galactose:
C12H22O11 +
=
+ C6H12O6
b) Se, com a finalidade de atender as pessoas deficientes em lactase, principalmente crianças, um leite for
tratado com a enzima lactase, ele terá o seu “índice
de doçura” aumentado ou diminuído? Justifique.
Lembre-se que o “poder edulcorante” é uma propriedade aditiva e que traduz quantas vezes uma
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substância é mais doce do que o açúcar, considerando-se massas iguais. A lactose apresenta
“poder edulcorante” 0,26, a glicose 0,70 e a galactose 0,65.
Resolução
a) C12 H22 O11 + H2O = C6 H12 O6 + C6 H12 O6
lactose
glicose galactose
b) A presença de lactase favorece a transformação da
lactose (0,26 de “índice de doçura”) para glicose
(0,70 de “índice de doçura”) e galactose (0,65 de
“índice de doçura”), logo, terá o índice de doçura
aumentado.
9
Examinando os copos com restos de café e de café
com leite, Rango observa que apenas o de café apresenta impressões digitais, as quais coincidem com as
do guarda. – Estranho! – disse ele. – Este outro copo
não apresenta impressões! Talvez alguém usando
luvas… – Ou talvez uma criança! – emendou
Estrondosa.
A observação de Estrondosa se baseou no fato de que
a impressão digital de uma criança é composta principalmente por ácidos graxos (ácidos orgânicos) de
cadeia contendo até 13 átomos de carbono, enquanto
as dos adultos se compõem, principalmente, de ésteres contendo 32 átomos de carbono. O gráfico a seguir
mostra a entalpia de sublimação de ésteres e de
ácidos orgânicos em função do número de átomos de
carbono na cadeia.
a) Considerando o mesmo número de átomos de carbono na molécula, os ácidos apresentam maior entalpia de sublimação. Que tipo de interação entre
suas moléculas poderia justificar esse fato?
Explique.
b) Determine a entalpia de sublimação do éster contendo 32 átomos de carbono, admitindo que as curvas se comportam do mesmo modo para moléculas
contendo maior número de átomos de carbono.
Resolução
a) Pontes (ligações) de hidrogênio. Os ácidos carboxíli-
OBJETIVO
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apresentam
o
grupamento
=
cos
O
—C
,
—
OH
portanto, podem estabelecer as pontes de hidrogênio entre as suas moléculas, o que requer maior
energia para sua sublimação, pois as moléculas
estão presas mais fortemente. No éster, as forças
intermoleculares são mais fracas (forças de van der
Waals).
b) Admitindo-se variação linear do ∆H, este pode ser
determinado por semelhança de triângulos:
Aproximadamente temos:
16 – 10
90 – 60
–––––––– = –––––––– ∴ x = 170kJ/mol
32 – 10
x – 60
10
Observando o local do incêndio, nossos heróis perceberam que aquele não era o lugar ideal para guardar
nem medicamentos, nem reagentes destinados ao
laboratório de análises da empresa. Apesar disso, o
local era considerado o mais seguro e, como também
era refrigerado, fora o escolhido. Destruição geral!
Como a explosão fora seguida de incêndio e de outras
explosões, o teto e as janelas foram destruídos, e a
chuva, apesar de ajudar a extinguir o fogo, também
causou estragos. Examinando com cuidado o local,
Rango observou várias garrafas e garrafões quebrados
além de uma estante metálica caída e uma geladeira
destruída... Preso aos cacos de um garrafão de 5 litros,
pôde ler num rótulo: “Éter etílico”. O volume do almoxarifado foi estimado em 82 metros cúbicos. — E se o
éter de 5 garrafões, contendo 4 kg de éter, cada um,
houvesse se evaporado naquela sala?... — perguntouse Rango.
a) Considerando o conteúdo de cinco garratões, qual a
pressão parcial aproximada do éter (C4H10O) que
evaporou no almoxarifado, supondo que ele tivesse
se distribuído uniformemente e considerando as propriedades de gás ideal? Constante universal dos
gases = 0,082 atm L K–1 mol–1 . Temperatura = 27°C.
b) Se apenas 10% do vapor de éter tivesse se queimado, qual a energia liberada em joules?
OBJETIVO
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Dado: ∆H = –2530 kJ mol–1 (combustão do éter).
Resolução
a) Cálculo da quantidade de matéria (mols) de “éter etílico” existente em 5 garrafões
1 garrafão ––––––––– 4kg de éter
5 garrafões –––––––– x
x = 20kg de éter
H2
H2
éter etílico: H3C — C — O — C — CH3
massa molar do éter = (4 . 12,01 + 10 . 1,0079 +
+ 1 . 15,999) g/mol = (48,04 + 10,079 + 15,999) g/mol =
= 74,118 g/mol
1 mol –––––––– 74,118 g
y –––––––– 20 . 103 g
y ≅ 270 mol
1 m3 –––––––– 1000 L
82 m3 –––––––– y
y = 82.000 L
27°C ⇒ 300K
Cálculo da pressão parcial do éter
PV=nRT
P . 82.000 = 270 . 0,082 . 300
P = 0,081 atm
b) Cálculo da energia liberada, admitindo a queima de
10% de vapor do éter.
270 mol –––––– 100%
x
–––––– 10%
x = 27 mol
Como ∆H = –2530 kJ . mol–1, temos:
libera
1 mol –––––––– 2530 kJ
27 mol –––––––– y
y = 68.310 kJ
11
O fármaco havia sido destruído pela explosão e pelo
fogo. O que, porventura, tivesse sobrado, a chuva levara embora. Para averiguar a possível troca do produto,
Estrondosa pegou vários pedaços dos restos das
embalagens que continham o fármaco. Eram sacos de
alumínio revestidos, internamente, por uma película de
polímero. Ela notou que algumas amostras eram bastante flexíveis, outras, nem tanto. No laboratório da
empresa, colocou os diversos pedaços em diferentes
OBJETIVO
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[
]
[
—
frascos, adicionou uma dada solução, contendo um
reagente, e esperou a dissolução do metal; quando
isso ocorreu, houve evolução de um gás. Com a dissolução do alumínio, o filme de plástico se soltou, permitindo a Estrondosa fazer testes de identificação. Ela
tinha a informação de que esse polímero devia ser polipropileno, que queima com gotejamento e produz uma
fumaça branca. Além do polipropileno, encontrou
poliestireno, que queima com produção de fumaça
preta. Tudo isso reforçava a idéia da troca do fármaco,
ou de uma parte dele, ao menos, incriminando o vigia.
a) Escreva a equação que representa a reação de dissolução do alumínio, admitindo um possível reagente utilizado por Estrondosa.
b) Pode-se dizer que a diferença entre o poliestireno e
o polipropileno, na fórmula geral, está na substituição do anel aromático por um radical metila. Se o
poliestireno
pode
ser
representado
por
— [CH2CH(C6H5)] —n, qual é a representação do
polipropileno?
Resolução
a) O reagente usado pode ser um ácido, por exemplo:
ácido clorídrico, que “dissolve” o alumínio, produzindo o gás hidrogênio, conforme a equação:
Al(s) + 3 HCl(aq) → AlCl3(aq) + 3/2 H2(g)
b)
– (— C6H5)
— CH2 — CH — →
— CH2 — CH —
n +(—CH3)
n
]
CH3
poliestireno
polipropileno
12
Diante dos resultados dos testes feitos por Estrondosa, Rango resolveu falar novamente com o vigia e
pediu-Ihe para esvaziar os bolsos. Entre outras coisas,
havia um pequeno envelope plástico, contendo um
misterioso pó branco. — Que pó é esse? – perguntou
Rango.
— É óxido de ferro que o técnico do laboratório me deu
para adicionar ao leite do meu gato que estava anêmico. – respondeu o vigia.
— Óxido de ferro?! – exclamou Estrondosa. — Este pó
branquinho?! Nem na China!
Diante da explicação, Rango resolveu que iria examinar
o pó no laboratório, mais tarde.
a) Por que, só de ver o pó, Estrondosa pôde ter certeza de que não se tratava de óxido de ferro?
b) O óxido de ferro ingerido dissolve-se no estômago,
devido ao baixo pH. Escreva a equação química que
representa a dissolução do óxido de ferro III no estômago.
Resolução
a) O óxido de ferro não apresenta coloração branca. O
OBJETIVO
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óxido de ferro III é vermelho ferrugem.
A cor é uma propriedade organoléptica, não sendo
critério para identificar uma substância, mas poderá
ser usada como critério de exclusão.
b) A equação química da reação é:
Fe2O3(s) + 6 HCl(aq) → 2 FeCl3(aq) + 3 H2O(l)
Utilizando equação iônica, temos:
Fe2O3(s) + 6 H+(aq) → 2 Fe3+(aq) + 3 H2O(l)
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